›
›

Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất nhiệt của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Download
CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU  
ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh  
5/2016  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Nhiệt độ là một trong số 7 chuẩn cơ bản của hệ SI.  
• Nhiệt độ trong khoa học nói chung, trong vật lý nói  
riêng được đo theo nhiệt giai Kelvin.  
• Nhiệt độ của một vật có thể tăng vô hạn, tuy nhiên,  
không thể hạ thấp vô hạn.  
• Nhiệt độ thấp giới hạn được chọn làm mốc “không”  
của nhiệt giai Kelvin.  
• 273,16K là nhiệt độ định nghĩa tại điểm ba của nước.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nhiệt động lực học  
• Cơ học xét các năng lượng cơ, ngoại năng của hệ và  
phần lớn do các định luật Newton chi phối.  
• Nhiệt học hay nhiệt động lực học xét đến nội năng,  
với khái niệm trung tâm của nhiệt động lực học là  
nhiệt độ.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ không của nhiệt động lực học  
• Mỗi vật có một tính chất gọi là nhiệt độ.  
• Khi hai vật ở trạng thái cân bằng với nhau, nhiệt độ  
của chúng bằng nhau.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học  
• Một hệ với nhiệt lượng Q và công W biểu diễn sự  
thay đổi trong tính chất nội tại bản thân hệ.  
• Tính chất này gọi là nội năng của hệ Eint.  
• Ta có:  
Eint Eintf Einti QW  
• Nếu hệ nhiệt động lực học chỉ chịu biến đổi vi phân,  
ta có thể viết lại phương trình trên như sau:  
dEint  Q  W  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học  
dEint  Q  W  
Vi phân thực Vi phân không hoàn chỉnh  
→ Không có các hàm Q(p,V) và W(p,V) chỉ phụ thuộc  
trạng thái hệ.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học  
• Nhiệt lượng không thể biến đổi hoàn toàn thành  
công mà không có bất kỳ một sự biến đổi nào khác.  
• Không có động cơ (hay máy lạnh) thực nào làm việc  
với hai nhiệt độ có hiệu suất cao hơn hiệu suất của  
động cơ Carnot làm việc giữa hai nhiệt độ đó.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học  
Ta cũng có thể phát biểu nguyên lý thứ hai thông qua  
đại lượng entropi (S) như sau:  
• Độ biến thiên của entropi với một hệ biến đổi thuận  
nghịch từ trạng thái đầu (i) đến trạng thái cuối (f)  
được định nghĩa bằng:  
f
f
dQ  
T
S S dS   
f
i
i
i
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học  
• Xét một quá trình nhiệt động lực học diễn ra từ một  
trạng thái cân bằng này đến một trạng thái cân  
bằng khác.  
• Entropi của hệ và môi trường hoặc không đổi hoặc  
tăng.  
dSuniv dSdSsurr 0  
Entropi hệ Entropi môi trường  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Nguyên lý thứ ba của nhiệt động lực học  
• Nguyên lý thứ ba mô tả trạng thái “không” tuyệt  
đối mà tại đó các phần tử cấu tạo không chuyển  
động, không dao động.  
• Nhiệt độ “không” tuyệt đối, T = 0K được xác định  
khi các phần tử đứng yên ở nút mạng.  
• Nhiệt độ đặc trưng mức chuyển động các phần tử  
trong mạng.  
• Tại T = 0K, các phần tử đứng yên, nhưng các  
electron vẫn chuyển động.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
GIÃN NỞ NHIỆT  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Giãn nở nhiệt  
• Vật liệu có sự thay đổi kích thước khi bị đốt nóng.  
• Lưu ý là thay đổi bao gồm cả tăng vào giảm so với  
kích thước ban đầu. Hầu hết vật liệu trong điều kiện  
thông thường sẽ giãn ra khi gia nhiệt.  
• Ta có phương trình mô tả sự giãn nở vì nhiệt của vật  
liệu như sau:  
L L0T  
L L0  
 (T T0 )  
L0  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
Giãn nở nhiệt  
L L0  
 (T T0 )  
L0  
Hệ số giãn nở dài  
• Trường hợp có sự thay đổi thể tích của một vật liệu  
rắn hoặc một chất lỏng có thể tích, ta có:  
V V0T  
Hệ số giãn nở khối: β = 3α  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Đường ray tàu hỏa được làm bằng thép.  
• Mỗi thanh ray dài 12m.  
• Hệ số giãn nở nhiệt dài của thép bằng 11x10-6m/oC.  
• Người ta đặt đường ray khi nhiệt độ 0oC thì khe hở  
giữa hai thanh ray là bao nhiêu để khi nhiệt độ 42oC  
chúng vừa khít với nhau.  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Ta có độ giãn nở nhiệt dài của thanh ray thép:  
l lT  
 l 1211106 42 0  
5,5103 m 5,5mm  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Một dây thép dài 130cm, đường kính 1,1mm.  
• Hệ số giãn nở nhiệt dài của dây bằng 11x10-6m/oC.  
• Modul đàn hồi của thép bằng 200x109N/m2.  
• Nung thanh thép đến 830oC và căng chặt giữa hai trụ  
cứng cố định.  
• Hỏi sức căng xuất hiện trong dây thép là bao nhiêu khi  
nó nguội xuống 20oC?  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Độ co lại của dây thép khi hai đầu tự do:  
l lT  
 l 1,311106 83020  
1,16102 m 1,16cm  
• Khi bị cố định 2 đầu, dây không co lại được.  
• Lực căng trong dây:  
l  
F EA  
l
2
 1,1103  
1,16102  
F   
200109   
1700N  
1,3  
4
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Đồng nóng chảy ở 1085oC được rót vào một khuôn có  
độ dài 1m.  
• Giả sử đồng chỉ giãn nở nhiệt theo một chiều, hệ số  
giãn nở nhiệt của đồng bằng 16,6x10-6mm.oC-1.  
• Tính độ dài của sản phẩm đồng sau khi tháo khuôn làm  
nguội về nhiệt độ phòng (25oC).  
TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA VẬT LIỆU  
• Ta có công thức tính hệ số giãn nở nhiệt:  
l  
lT  
   
 l lT  
 l 1103 16,6106 108525 17,6mm  
• Độ dài lúc sau của thanh đồng:  
lf li  l  
lf 1000 17,6 982,4mm  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 30 trang baolam 27/04/2022 5120
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập môn Cơ sở khoa học vật liệu: Tính chất nhiệt của vật liệu - Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_co_so_khoa_hoc_vat_lieu_bai_tap_tinh_chat_nhiet_cu.pdf